TWI642842B - Smoke filter active regeneration method - Google Patents

Abstract

本發明提供一種濾煙器主動再生方法，利用量測燃燒後的濾煙器的進氣口與後開口的溫度差、壓力差及排氣流量，計算得到濾煙器的粒狀汙染物的第二預估值，並將第二預估值與一基準值比對，即可得到殘留於濾煙器的灰分殘留值，而可更易於估算濾煙器的再生時程。

Description

濾煙器主動再生方法

本發明是有關於一種車輛引擎的濾煙器再生方法，特別是指一種車輛引擎的濾煙器主動再生方法。

由於環保意識抬頭及全球日趨嚴苛的環保法規，因此，有關各式排放廢氣的汙染管控技術也越趨受到重視。以柴油車輛排放廢氣之粒狀污染物(Particulate matters,PM)的排放控管為例，柴油濾煙器(Diesel Particulate Filter,DPF)是目前用於PM排放控管的最佳方法。利用在柴油引擎加裝DPF捕捉收級柴油燃燒廢氣並過濾碳微粒(即粒狀污染物)，可有效減少排放廢氣的粒狀污染物。

然而，當碳微粒堆積在DPF內造成堵塞時濾煙器的效能即會受到影響，此時需透過讓濾煙器再生(Regeneration)，以使濾煙器恢復過濾的功能。

濾煙器再生的種類大致有被動式再生及主動式再生兩大類。其中，主動式再生一般是利用電熱燃燒、燃油燃燒或引擎控制管理等，主動提供熱源，使柴油濾煙器溫度可高於碳微粒燃燒溫 度，而可進一步燃燒碳微粒以進行柴油濾煙器再生。然而，此燃燒再生過程常會因為一些干擾因素，例如燃油量不足/過多、燃燒溫度低等，導致粒狀汙染物無法完全燃燒，此外，再生後的濾煙器內一般都還會殘留無法被移除的灰分，但目前的再生系統並無殘留灰分的估測。而濾煙器內的灰分殘留所造成之壓差，會增加燃油消耗並降低濾煙器的使用效率。

因此，本發明之目的，即在提供一種適用於車輛的濾煙器的濾煙器主動再生方法。該濾煙器可用以吸附車輛引擎排放之廢氣的粒狀汙染物，具有一與該車輛引擎的排氣口連通的進氣口、一可引進燃油的前開口，及一遠離該前開口用以讓通過該濾煙器的氣體排出的後開口。

於是，本發明濾煙器主動再生方法，包含以下步驟。

步驟(a)，利用該濾煙器的該進氣口與該後開口的溫度差、壓力差及排氣流量計算得到該濾煙器的粒狀汙染物的一第一預估值。

步驟(b)，導入燃油於該濾煙器，令該等粒狀汙染物於一燃燒溫度下燃燒，再利用燃燒後的該濾煙器的該進氣口與該後開口的溫度差、壓力差及排氣流量計算得到該濾煙器於燃燒後的殘留粒狀汙染物的一第二預估值。

步驟(c)，將該第二預估值與一基準值比對，得到該濾煙器當次燃燒後的一灰分殘留值。

本發明之功效：利用量測燃燒後的濾煙器的溫度差、壓力差及排氣流量，計算得到該濾煙器的粒狀汙染物的第二預估值，並將該第二預估值與一基準值比對，即可得到殘留於濾煙器的灰分殘留值，而可更易於估算濾煙器的再生時程。

2‧‧‧濾煙器

21‧‧‧殼體

22‧‧‧前開口

23‧‧‧後開口

24‧‧‧進氣口

25‧‧‧再生區

26‧‧‧吸附區

3‧‧‧偵測裝置

31‧‧‧處理器

T‧‧‧溫度感測感測器

P‧‧‧壓力感測器

F‧‧‧流量感測器

4‧‧‧燃油導入器

5‧‧‧點燃器

6‧‧‧第一阻隔件

A1‧‧‧第一預估值

A2‧‧‧第二預估值

B‧‧‧基準值

D1‧‧‧第一預設值

D2‧‧‧第二預設值

R_n‧‧‧灰分殘留值

R_sum‧‧‧灰分殘留累積值

11‧‧‧步驟

12‧‧‧步驟

13‧‧‧步驟

14‧‧‧步驟

15‧‧‧步驟

本發明之其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現，其中：圖1是一剖視示意圖，說明該濾煙器、偵測裝置、燃油導入器，及點燃器的相關結構；圖2是一文字流程圖，說明本發明濾煙器主動再生方法的實施例的實施步驟；及圖3是一流程示意圖，輔助說明該實施例的實施流程。

參閱圖1，本發明濾煙器主動再生方法的一實施例是用於一車輛引擎的濾煙器2，用以估算該濾煙器2的粒狀汙染物累積量及該濾煙器2燃燒後的灰分殘留累積值R_sum，而可用於管控該濾煙器2的再生及清理時程。

該車輛(圖未示)具有一濾煙器2、一偵測裝置3、一燃油導入器4，及一點燃器5。

該濾煙器2具有一界定出一吸附空間的殼體21、一供燃油及空氣進入的前開口22、一遠離該前開口22用以讓通過該吸附空間的氣體(廢氣)排出的後開口23，及一與該車輛引擎的排氣口(圖未示)連通，用以讓廢氣W進入的進氣口24。

該吸附空間具有一鄰近該前開口22的再生區25，及一鄰近該後開口23用以吸附該粒狀汙染物的吸附區26，於本實施例中是以該吸附區26具有多條沿該吸附區26的長度方向延伸，並有一預定管壁厚度(w)的中空吸附管(圖未示)，以吸附該粒狀汙染物為例。該燃油導入器4鄰近該前開口22設置，而可用於將燃油導入該再生區25。該點燃器5設置於該再生區25鄰近該吸附區26位置，用於將導入該再生區25的燃油點燃燃燒。

該偵測裝置3具有一處理器31，及分別與該處理器31訊號連接的一溫度感測器T、一壓力感測器P，及一流量感測器F。該溫度感測器T可偵測該濾煙器2的該進氣口24與該後開口23的溫度；該壓力感測器P可偵測該濾煙器2的該進氣口24與該後開口23的壓力；該流量感測器F可偵測通過該吸附空間的氣體流量。

配合參閱圖1~3，本發明該濾煙器主動再生方法的該實施例，包含下述步驟11~15。

首先，進行步驟11，計算該濾煙器2的粒狀汙染物的一第一預估值A1，並將該第一預估值A1與一第一預設值D1進行比對。

詳細的說，該步驟11是利用該溫度感測器T、該壓力感測器P，及該流量感測器F偵測得到該濾煙器2的該進氣口24與該後開口23的溫度、壓力及氣體流量，得到該進氣口24與該後開口23的溫度差、壓力差及排氣流量。利用該溫度差、壓力差及排氣流量計算得到該濾煙器2的粒狀汙染物的一第一預估值A1，並將該第一預估值A1與一第一預設值D1進行比對。

該第一預設值D1可以是該濾煙器2的粒狀汙染物(PM)負載量的臨界值。

該第一預估值A1則為該濾煙器2當前的內部粒狀汙染物負載量，可利用該濾煙器2的該進氣口24與該後開口23的壓力差、溫度及氣體的體積流率，經由下述算式(Darcy‘s Law)，利用演算法推算而得。

△P：壓差、μ：氣體黏滯係數、Q：氣體體積流率

α：吸附區26的口徑寬度、w：吸附區26中空吸附管的管壁厚度、V_dpf：吸附區26體積

k_o：乾淨吸附區26的滲透係數

k_soot：吸附區26累積PM後的滲透係數

w_s：吸附區26的PM負載厚度

m：PM負載量，相當於本案的第一預估值A1

N_cell：吸附區26中空吸附管的數量、ρ_PM：PM密度、L：吸附區26長度

此外，該步驟11可以是利用該偵測裝置3設定自動於一預定時間，或是於使用該濾煙器2一預定時間後重覆啟動量測，或是也可以手動方式啟動量測。

當該第一預估值A1小於該第一預設值D1時，表示該濾煙器2的效能正常，可持續使用；當該第一預估值A1不小於該第一預設值D1時，即表示該濾煙器2的粒狀汙染物負載量已超出，需進行該濾煙器2的再生。此時，即可進行該步驟12。

該步驟12是計算該濾煙器2於燃燒完成後的殘留粒狀汙染物的一第二預估值A2。

詳細的說，該步驟12是導入燃油於該濾煙器2燃燒，令該等粒狀汙染物於該等粒狀汙染物的燃燒溫度下燃燒，並計算得到該濾煙器2於燃燒完成後的殘留粒狀汙染物的一第二預估值A2。

其中，該噴油噴射率f可利用該濾煙器2的溫度、氣體流量及燃油參數，透過下式的演算法(能量守恆)估測而得。

f：燃油噴射率、α_dpf：吸附區26的截面積

h_dpf：吸附區26的熱傳係數

T_dpf：吸附區26中央的溫度

T_ex排氣溫度、T_a：環境溫度

C_p：吸附區26熱容係數、W_out：排氣質量流率

K_f：燃油燃燒反應係數、△H_f：燃油焓值

然後，將該燃油導入器4以經由前述計算而得的噴油噴射率(f)將燃油導入該再生區25，再利用該點燃器5點燃燃油，而使該吸附空間，特別是該吸附區26達到足以燃燒該粒狀汙染物的溫度(約650℃)，令該等粒狀汙染物於該燃燒溫度下燃燒，以進行該濾煙器2的燃燒再生。

燃燒結束後再偵測燃燒再生完成後的該濾煙器2的該進氣口24與該後開口23的溫度差、壓力差及排氣流量，並利用燃燒後的該濾煙器2的溫度差、壓力差及排氣流量計算得到該濾煙器2於當次燃燒再生後的殘留粒狀汙染物的一第二預估值A2。

然後，進行步驟13，利用該第二預估值A2得到一灰分殘留累積值R_sum，並將該第二預估值A2歸零。

詳細的說，該步驟13是將該步驟12得到的該第二預估值A2與一基準值B比對，得到該濾煙器2該次燃燒再生後的一灰分殘留累積值R_sum，並將該第二預估值A2歸零。

該基準值B可以是0(即無灰分殘留)，或是使用者自行設定的該濾煙器2的一灰分殘留起始值。該第二預估值A2與該基準值B比對後得的差值即視為該次燃燒再生為不完全燃燒時，該濾煙器2的該灰分殘留累積值R_sum。

接著，進行該步驟14，將該灰分殘留累積值R_sum與一第二預設值D2進行比對。

其中，該第二預設值D2可以是使用者定義的該濾煙器2的灰分殘留累積的允許上限值。當該灰分殘留累積值R_sum小於該第二預設值D2，表示該濾煙器2的殘留灰分總量尚不足以過於影響該濾煙器2的效能，因此，可持續使用並重覆進行該步驟11~14，持續監控該濾煙器2。

當該灰分殘留累積值R_sum大於或等於該第二預設值D2，表示該濾煙器2的灰分殘留總量已超過允許值，此時，則進行該步驟15，對外發出一警示信號，主動提醒使用者更換該濾煙器2或清理該濾煙器2的殘留灰分。此外，該警示信號可以是影像或聲 音的提醒信號，且可以是在每次車輛重新啟動時即同步產生該警示信號以提醒使用者。

理論上，經過燃燒再生後的濾煙器，其粒狀汙染物應完全燃燒而不會有灰分殘留。然而，此燃燒再生過程常會因為一些干擾因素，導致粒狀汙染物無法完全燃燒，而有灰分生成並累積，使得濾煙器的效能會隨著使用時間而遞減。此外，傳統濾煙器的燃燒再生，是將每一次的燃燒再生結果均視為完全燃燒，並不會將燃燒不完全的殘留灰分考慮至濾煙器的更換及清理時程，因此，針對濾煙器因為殘留灰分累積所導致的效能降低問題，一般則是要使用者自行於使用一固定時間後逕行清理或更換該濾煙器。

因此，本發明於該濾煙器2燃燒再生後，進一步計算該濾煙器2於燃燒再生後的粒狀汙染物的一第二預估值A2，並藉由監控每次燃燒再生後的該灰分殘留累積值R_sum，即可得知該濾煙器2的灰分殘留狀況，而可於該灰分殘留累積值R_sum超過允許值時，主動提醒使用者更換該濾煙器或清理該濾煙器2的殘留灰分，而可更有效的維持該濾煙器2的效能。

值得一提的是，於一些實施例中，該步驟11還可先將一具有孔洞的第一阻隔件6(如圖1所示)設置於該再生區25及該吸收區26之間，且其中，該等孔洞的孔徑介於0.1~1.3mm，厚度小於1.5mm。因此，該步驟12的燃油於燃燒時產生的火焰可藉由該 第一阻隔件6的阻隔穩定的於該再生區25進行，而可更穩定燃燒的參數並有助於燃燒溫度的穩定，而益於該濾煙器2的再生。要說明的是，該第一阻隔件6只要是能耐高溫(約650℃)的材料，例如陶瓷、金屬即可，並無需特別限制。

此外，於一些實施例中，還可進一步於該燃油導入器4及該點燃器5之間再設置一第二阻隔件(圖未示)，該第二阻隔件的結構及材料與該第一阻隔件6相同，故不再贅述。該第二阻隔件可避免燃燒的火焰因為氣流的導引，回燒該燃油導入器4的缺點。

綜上所述，本發明於該濾煙器2燃燒再生後藉由監控每次燃燒再生後的該灰分殘留累積值R_sum，得知該濾煙器2的灰分殘留狀況，而可於該灰分殘留累積值R_sum超過允許值時，主動提醒使用者更換該濾煙器2或清理該濾煙器2的殘留灰分，而可更有效的維持該濾煙器2的效能，故確實能達成本發明之目的。

惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，凡是依本發明申請專利範圍及專利說明書內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。

Claims (7)

1. 一種濾煙器主動再生方法，該濾煙器可用以吸附車輛引擎排放之廢氣的粒狀汙染物，具有一與該車輛引擎的排氣口連通的進氣口、一可引進燃油的前開口，及一遠離該前開口用以讓通過該濾煙器的氣體排出的後開口，該方法包含：步驟(a)，利用該濾煙器的該進氣口與該後開口的溫度差、壓力差及排氣流量計算得到該濾煙器的粒狀汙染物的一第一預估值；步驟(b)，導入燃油於該濾煙器燃燒，令該等粒狀汙染物於一燃燒溫度下燃燒，再利用燃燒後的該濾煙器的該進氣口與該後開口的溫度差、壓力差及排氣流量計算得到該濾煙器於燃燒後的殘留粒狀汙染物的一第二預估值；及步驟(c)，將該第二預估值與一基準值比對，利用該第二預估值A2與該基準值B比對後得的差值得到該濾煙器當次燃燒後的一灰分殘留累積值。
2. 如請求項第1項所述的濾煙器主動再生方法，其中，該步驟(a)還進一步將該第一預估值與一第一預設值進行比對，當該第一預估值大於該第一預設值，則進行該步驟(b)。
3. 如請求項第1項所述的濾煙器主動再生方法，其中，該步驟(c)進一步將該第二預估值歸零。
4. 如請求項第1項所述的濾煙器主動再生方法，還包含一步驟(d)，將該灰分殘留累積值與一第二預設值進行比對，當該灰分殘留累積值小於該第二預設值，則重覆進行該步驟(a)~(d)。
5. 如請求項第5項所述的濾煙器主動再生方法，還包含一步驟(e)，當該灰分殘留累積值不小於該第二預設值，則進行該步驟(e)，對外顯示一警示信號。
6. 如請求項第1項所述的濾煙器主動再生方法，其中，該濾煙器具有一鄰近該前開口的再生區，及一鄰近該後開口，用以吸附該粒狀汙染物的吸附區，該步驟(a)還包含將一具有孔洞的阻隔件設置於該再生區及該吸附區之間，該步驟(b)的燃油是自該前開口進入該再生區並於鄰近該吸附區燃燒，且燃燒的火焰會受該阻隔件阻隔。
7. 如請求項第6項所述的濾煙器主動再生方法，其中，該阻隔件的該等孔洞的孔徑介於0.1~1.3mm，厚度小於1.5mm。